JP7306136B2 - 深溝玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、深溝玉軸受に関する。

エアコンファン、冷却ファン、換気扇、クリーナー、洗濯機などの家電用モータや、汎用モータ、サーボモータ、ステッピングモータなどの産業用モータ、及び工作機械のスピンドルやエンコーダなどの回転軸は、転がり軸受により回転自在に支承されている。このような用途に使用される転がり軸受では、ラジアル荷重のほかに、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、摩擦トルクが小さく、高速回転する部分や低騒音・低振動が要求される用途に適している深溝玉軸受が多く使用されており、前記深溝玉軸受は、軌道が円弧状の深い溝になっており、軸方向両側にシール部材が取り付けられ、軸受空間内にグリースが封入されている。

また、洗濯機などのモータに使用される単列玉軸受として、内輪の肉厚を外輪の肉厚の１．５倍以上として内輪の剛性を高め、内輪のクリープ発生を防止した深溝玉軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１３１１６号公報

ところで、エンコーダでは、スリットが切られたディスクを用いて、位置情報の読み取りを行なっている。また、そのスリットは、幅が年々狭くなっている為、ディスクの汚染により読み取りエラーが生じる場合がある。エンコーダなどに使用される転がり軸受の深溝玉軸受では、グリース漏れの抑制や、塵の発生低下が要求されており、さらなる改良が求められている。
特許文献１に記載の単列玉軸受は、内輪に設けられたシール溝に非接触で近接配置されたシール部材を備えているが、グリース漏れや、発生する塵の抑制に対して考慮したものではない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、グリース漏れを抑制すると共に、長寿命化を可能とする深溝玉軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
内径面に外輪軌道溝が設けられた外輪と、
外径面に内輪軌道溝が設けられた内輪と、
前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉と、
前記玉の側方に配置されて前記外輪と前記内輪との間を封止するシール部材と、
を備える深溝玉軸受であって、
前記内輪の外径と前記シール部材の内径との間の径方向寸法は、前記外輪の肉厚より大きく、
前記内輪の肉厚は、前記外輪の肉厚より大きく、
前記玉のピッチ円直径は、前記内輪の内径と前記外輪の外径との中間径より大きい、
深溝玉軸受。

本発明の深溝玉軸受によれば、従来の深溝玉軸受と比べて、内輪の外径とシール部材の内径との間の径方向寸法は、外輪の肉厚より大きいので、グリース漏れを効果的に抑制して深溝玉軸受を長寿命化することができる。
また、内輪の肉厚が、外輪の肉厚より大きくなり、玉のピッチ円直径は、内輪の内径と外輪の外径との中間径より大きいので、玉の個数を増やすことができ、深溝玉軸受の負荷容量が向上して寿命が長くなる。

本発明の一実施形態に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 図１の深溝玉軸受における玉同士の間隔を示す説明図である。 第１変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第２変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第３変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第４変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第５変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第６変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第７変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第８変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第９変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第１０変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。 第１１変形例に係る深溝玉軸受の要部断面図である。

以下、本発明に係る深溝玉軸受の一実施形態及び変形例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の深溝玉軸受１０は、内径面に外輪軌道溝１１ａを有する外輪１１と、外径面に内輪軌道溝１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道溝１１ａと内輪軌道溝１２ａとの間に転動自在に配置された複数の玉１３と、玉１３を円周方向に所定の間隔で保持する樹脂製の冠型保持器１４と、外輪１１の内径面の軸方向両側に固定されて、軸受空間Ｓを密封する一対のシール部材１５と、を備える。軸受空間Ｓ内には、予めグリースが封入されている。
本実施形態では、外輪軌道溝１１ａ及び内輪軌道溝１２ａは、玉１３の軸方向中心線ＣＬが、深溝玉軸受１０の軸方向中間位置となるように、外輪１１及び内輪１２に形成されている。

シール部材１５は、鋼板などの金属板により略円環状に形成された芯金１６と、芯金１６に固着されたゴムなどの弾性材料からなるシール部１７とを有する。

シール部１７は、芯金１６の外周縁を覆い半径方向外方に突出して形成された外周縁部１７ａと、芯金１６の内周縁から半径方向内方に向かって延出した円環状のリップ部１７ｂと、芯金１６の内側面１６ａに固着され、外周縁部１７ａとリップ部１７ｂとを連結する側部１７ｃと、を有する。即ち、芯金１６は、シール部材１５が深溝玉軸受１０に取り付けられた状態で、シール部１７より軸方向外側に配置されている。これにより、シール部１７の弾性材料に染み込んだグリースの油分が染み出した場合でも、芯金１６により軸方向外側に漏れるのを抑制できる。

外周縁部１７ａは、外輪１１の軸方向端部に形成されたシール取付溝１１ｅに圧入などによって係止されて、シール部材１５を外輪１１に固定する。

リップ部１７ｂは、内輪１２のシール溝１２ｄに軸方向内側から摺接しており、シール部材１５は、接触シールを構成している。また、側部１７ｃの径方向中間には、補助リップ部１７ｅが軸方向内側に向かって突出して形成されている。補助リップ部１７ｅは、内輪１２の外径面１２ｂ及びシール溝１２ｄの側面１２ｆとの縁部１２ｅに非接触で近接配置されている。なお、本実施形態では、縁部１２ｅは、面取りが施されている。

これにより、本実施形態のシール部材１５は、リップ部１７ｂと補助リップ部１７ｅとによって、外輪１１と内輪１２との間の軸受空間Ｓを外部から封止する。

ここで、本実施形態の深溝玉軸受１０では、内輪１２の肉厚ｃは、外輪１１の肉厚ｄより大きく設定されている（ｃ＞ｄ）。内輪１２の肉厚ｃが、外輪１１の肉厚ｄより大きいことで、玉１３のピッチ円直径ＰＣＤは、内輪１２の内径と外輪１１の外径との中間径ＭＤより大きい。即ち、前記軸受１０の外径と内径を同じ寸法とした場合、内輪１２の肉厚ｃを大きくすることで、外輪１１と内輪１２の肉厚が同じ標準的な深溝玉軸受と比べて、ピッチ円直径ＰＣＤが大きくなり、玉１３の個数を増やすことができ、負荷容量を高めて長寿命化が可能となる。また、深溝玉軸受１０は、軸方向寸法を小さくしたい場合、玉１３の個数を増やすことで、直径ｇが小さい玉１３を用いた場合でも、負荷容量を高めることが可能となり、この結果、深溝玉軸受１０の軸方向寸法を小さくすることができる。
なお、内輪１２の肉厚ｃは、内輪１２の肩部の外径面１２ｂと内輪１２の内径面１２ｃとの間の径方向寸法であり、外輪１１の肉厚ｄは、外輪１１の肩部の内径面１１ｂと外輪１１の外径面１１ｃとの間の径方向寸法とする。

また、内輪１２の外径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｂが外輪１１の肉厚ｄより大きく設定されている（ｂ＞ｄ）。これにより、内輪１２のシール溝１２ｄの側面１２ｆとシール部材１５との径方向における重なり寸法が大きくなる。即ち、シール溝１２ｄの側面１２ｆとシール部１７の側部１７ｃとの間に形成されるラビリンス隙間がリップ部１７ｂと補助リップ部１７ｅとの間で径方向に長く形成され、グリースの漏れを抑制できる。

また、内輪１２の外径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｂは、内輪１２の内径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｅより大きくなっている（ｂ＞ｅ）。したがって、径方向に長い上記ラビリンス隙間を容易に形成することができる。

また、内輪軌道溝１２ａの外径と内輪１２の内径との間の径方向寸法をｆ、玉１３の直径をｇ、外輪軌道溝１１ａの内径と外輪１１の外径との間の径方向寸法をｈとしたとき、各寸法間の関係は、ｆ＞ｇ＞ｈの関係になっている。これにより、内輪１２に嵌合する図示しない軸の慣性を小さくすることができる。

さらに、玉１３の半径ｉ（＝ｇ／２）は、玉１３の軸方向端面と外輪１１の軸方向端面１１ｄまでの軸方向寸法ｊより大きく（ｉ＞ｊ）より大きな径の玉１３を使用するので、軸方向長さが同じである場合、標準的な深溝玉軸受と比較して負荷容量が向上して、長寿命化が可能となる。

また、図２も参照して、玉１３の直径ｇは、隣接する玉１３同士の周方向間隔ｋより大きくして（ｇ＞ｋ）、より多くの玉１３を配設しているので、隣接する玉１３同士の周方向間隔ｋより小さいもの（ｇ＜ｋ）より、各玉１３が受ける荷重が分散されて小さくなるため、各玉１３の寿命を延ばすことができる。

さらに、内輪１２の外径とシール部材１５の芯金１６の内径との間の径方向寸法ｐは、シール部材１５の芯金１６の内径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｎより大きいので（ｐ＞ｎ）、シール部材１５を深溝玉軸受１０に取付けた際のシール部材１５の変形が抑制されて、グリース漏れをさらに減少できる。

以上説明したように、本実施形態の深溝玉軸受１０は、内輪１２の外径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｂが外輪１１の肉厚ｄより大きく設定されている（ｂ＞ｄ）ので、内輪１２のシール溝１２ｄの側面１２ｆとシール部材１５との径方向における重なり寸法が大きくなり、封入されたグリースの漏れが抑制される。

また、上記構成は、内輪１２の肉厚ｃが、外輪１１の肉厚ｄより大きいことで与えられ、玉１３のピッチ円直径ＰＣＤは、内輪１２の内径と外輪１１の外径との中間径ＭＤより大きいので、玉の個数を増やすことができ、深溝玉軸受の負荷容量が向上して寿命が長くなる。

また、内輪１２の外径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｂが、内輪１２の内径とシール部材１５の内径との間の径方向寸法ｅより大きいので（ｂ＞ｅ）、グリース漏れがより抑制される。

また、内輪１２の肉厚ｃを外輪１１の肉厚ｄに対して大きくすることで（ｃ＞ｄ）、内輪１２のシール溝１２ｄの側面１２ｆの径方向長さを大きくすることができ、ラビリンス性能が向上してグリース漏れがさらに抑制される。

以下、本発明の各変形例に係る深溝玉軸受について図面を参照して説明する。なお、各変形例の深溝玉軸受の説明では、上記実施形態のものと異なる部分について主に説明し、寸法関係を含め、上記実施形態と同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

（第１変形例）
図３に示すように、第１変形例の深溝玉軸受１０ａでは、シール部材１５Ａのリップ部１７ｂがシール溝１２ｄと接触しない非接触シールを構成している。したがって、リップ部１７ｂ及び補助リップ部１７ｅの両方を非接触シールとすることで、回転トルクを軽減することができる。

（第２変形例）
図４に示すように、第２変形例の深溝玉軸受１０ｂでは、シール部材１５Ｂは、リップ部１７ｂと補助リップ部１７ｅとの間に、シール溝１２ｄの側面１２ｆと非接触な複数の他の補助リップ部１７ｆを備える。これにより、シール部材１５Ｂによる密封性能をさらに向上することができる。

（第３変形例）
図５に示すように、第３変形例の深溝玉軸受１０ｃでは、軸方向一方側にシール部材１５Ｃ（金属シールド）がシール取付溝１１ｅに固定されている。したがって、内輪１２と非接触なシール部材１５Ｃを軸方向一方側に用いることで、回転トルクを軽減することができる。

（第４変形例）
図６に示すように、第４変形例の深溝玉軸受１０ｄでは、シール部材１５Ｄは、芯金１６がシール部１７の軸方向内側に配置されている。この場合、シール部材１５Ｄは、補助リップ部１７ｅが芯金１６に別途接合されてもよいし、或いは、補助リップ部１７ｅを有しない構成であってもよい。

（第５変形例）
図７に示すように、第５変形例の深溝玉軸受１０ｅでは、樹脂製の保持器１４の代わりに、鋼製の保持器１４Ａが使用されている。これにより、保持器１４Ａの耐久性が向上し、深溝玉軸受１０ｅの寿命が長くなる。

（第６変形例）
図８に示すように、第６変形例の深溝玉軸受１０ｆでは、鋼製の玉１３の代わりに、セラミック製の玉１３Ａが使用されており、これにより、玉１３Ａの長寿命化を図ることができる。

（第７変形例）
図９に示すように、第７変形例の深溝玉軸受１０ｇでは、シール部材１５Ｅのリップ部１７ｂが内輪１２の側面１２ｆに軸方向外側から摺接する（内当たり）。リップ部１７ｂが内輪１２の側面１２ｆに内当たりすることで、深溝玉軸受１０ｇに予圧が付与される方向に応じて、リップ部１７ｂと側面１２ｆとの接触面圧を適切に維持することができる。また、シール部材１５Ｅを用いることで、深溝玉軸受１０ｇ内の空気の流れ方向に応じて、シール性に有利に作用させることができる。
なお、シール部材１５Ｅは、軸方向一方側にのみ設け、軸方向他方側には、上記実施形態の外当たりのシール部材１５が設けられてもよい。

（第８変形例）
図１０に示すように、第８変形例の深溝玉軸受１０ｈでは、外輪１１の外径面１１ｃに形成されたＯリング溝１１ｇに２本のＯリング２０が装着されている。Ｏリング２０は、外輪１１が内嵌する不図示のハウジングとの摩擦力により、外輪１１のクリープ発生を防止する。

（第９変形例）
図１１に示すように、第９変形例の深溝玉軸受１０ｉでは、内輪１２のシール溝１２ｄ側面１２ｆに、軸方向に突出する複数の突起部１２ｈが環状に設けられている。複数の突起部１２ｈは、シール部１７の側部１７ｃとの間に非接触シールを形成してグリース漏れをさらに抑制する。

（第１０変形例）
図１２に示すように、第１０変形例の深溝玉軸受１０ｊでは、内輪１２のシール溝１２ｄの側面１２ｆが、径方向外方に向かって軸方向幅が次第に狭くなる、断面略台形状に形成されている。これにより、内輪１２の加工性を向上することができる。

（第１１変形例）
図１３に示すように、第１１変形例の深溝玉軸受１０ｋでは、玉１３が外輪１１及び内輪１２に対して軸方向にオフセットされて配置されている。具体的には、玉１３の軸方向中心線ＣＬから深溝玉軸受１０ｋの一方の端面２１ａまでの軸方向寸法ｌが、玉１３の軸方向中心線ＣＬから深溝玉軸受１０ｋの他方の端面２１ｂまでの軸方向寸法ｍより大きく設定されている（ｌ＞ｍ）。

従って、玉１３の軸方向中心線ＣＬから深溝玉軸受１０ｋの一方の端面２１ａまでの軸方向寸法ｌが大きく設定された一方の端面２１ａ側では、保持器１４とシール部材１５との干渉が生じ難くなる。また、保持器１４とシール部材１５との干渉の虞がない他方の端面２１ｂ側では、軸方向寸法を短くすることができ、深溝玉軸受１０ｋの軸方向長さが短くなる。

なお、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

また、上記実施形態及び各変形例では、通常、内輪１２及び外輪１１は、焼入れ、焼き戻しなどの熱処理が施されて硬度向上が図られている。ただし、本発明の深溝玉軸受は、該熱処理を浸炭窒化処理に変更することで、内輪１２及び外輪１１の表面硬さをさらに向上させることができ、内輪１２及び外輪１１の表面（内輪軌道溝１２ａ及び外輪軌道溝１１ａ）の疲労寿命の向上を図ることができる。なお、浸炭窒化処理は、内輪１２にのみ施されてもよい。

また、本実施形態のように、冠型保持器１４を用いる場合、シール部材１５が軸方向両側で異なるなど、深溝玉軸受が軸方向において非対称である場合や、深溝玉軸受周囲の部品（例えば、エンコーダ）の配置に応じて、冠型保持器１４の組み込み方向は図１と反対方向としてもよい。即ち、冠型保持器１４の円環部が配置される側を玉１３に対して反対側にしてもよい。この場合、グリースを封入する方向も、保持器１４の組み込み方向の変更に応じて変更される。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 内径面に外輪軌道溝が設けられた外輪と、
外径面に内輪軌道溝が設けられた内輪と、
前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉と、
前記玉の側方に配置されて前記外輪と前記内輪との間を封止するシール部材と、
を備える深溝玉軸受であって、
前記内輪の外径と前記シール部材の内径との間の径方向寸法は、前記外輪の肉厚より大きく、
前記内輪の肉厚は、前記外輪の肉厚より大きく、
前記玉のピッチ円直径は、前記内輪の内径と前記外輪の外径との中間径より大きい、
深溝玉軸受。
この構成によれば、内輪とシール部材との径方向重なり寸法を大きくすることができ、シール性能が向上してグリース漏れが抑制され、深溝玉軸受を長寿命化することができ、また、ピッチ円直径を大きくすることで、玉の個数を増やすことができ、深溝玉軸受の負荷容量が向上して寿命が長くなる。

（２） 前記シール部材は、芯金と、前記芯金を覆う弾性材料からなるシール部とを備え、
前記芯金は、前記シール部より軸方向外側に配置される、
（１）に記載の深溝玉軸受。
この構成によれば、封入されたグリースの漏れ出しが芯金により効果的に防止される。

１０ 深溝玉軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道溝
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道溝
１３，１３Ａ 玉
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ シール部材
１６ 芯金
１７ シール部
ｂ 内輪の外径とシール部材の内径との間の径方向寸法
ｃ 内輪の肉厚
ｄ 外輪の肉厚
ＭＤ 内輪の内径と外輪の外径との中間径
ＰＣＤ ピッチ円直径

Claims (2)

1. 内径面に外輪軌道溝が設けられた外輪と、
   外径面に内輪軌道溝が設けられた内輪と、
   前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉と、
   前記玉の側方に配置されて前記外輪と前記内輪との間を封止するシール部材と、
   を備える深溝玉軸受であって、
   前記内輪の外径と前記シール部材の内径との間の径方向寸法は、前記外輪の肉厚より大きく、
   前記内輪の肉厚は、前記外輪の肉厚より大きく、
   前記玉のピッチ円直径は、前記内輪の内径と前記外輪の外径との中間径より大きく、
   前記シール部材は、芯金と、前記芯金を覆う弾性材料からなるシール部とを備え、
   前記芯金は、前記シール部より軸方向外側に配置され、
   前記シール部は、前記芯金の外周縁を覆い半径方向外方に突出して形成された外周縁部と、前記芯金の内周縁から半径方向内方に向かって延出するリップ部と、前記芯金の内側面に固着され、前記外周縁部と前記リップ部とを連結する側部とを有し、
   前記側部は、軸方向内側に向かって突出し、前記内輪の外径面及び前記内輪のシール溝の側面との縁部に非接触で近接配置される補助リップ部とを有する、
   深溝玉軸受。
2. 前記玉の軸方向中心線上において、前記内輪軌道の外径と前記内輪の内径との間の径方向寸法をｆ、前記玉の直径をｇ、前記外輪軌道溝の内径と前記外輪の外径との間の径方向寸法をｈとしたとき、各寸法間の関係は、ｆ＞ｇ＞ｈとなる、
   請求項１に記載の深溝玉軸受。

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